I de senere år, med den hurtige udvikling af bilindustrien, har brændstofforbruget, miljøbeskyttelse og sikkerhedsproblemer genereret af biler tiltrukket stigende opmærksomhed. Ser frem til den fremtidige udviklingsretning for bilindustrien, letvægt, lavt brændstofforbrug og lave emissioner er udviklingstemaerne. I henhold til statistikker fra internationale autoritative afdelinger forbruges 60% af energien fra forbrænding af bilbrændstof af sin egen vægt. Selvom tynde stålplader med høj styrke, aluminium, magnesium, metalbaserede sammensatte materialer og plastharpiksmaterialer har spillet en rolle i at reducere vægten af biler, har fremkomsten af industrielle titaniummaterialer gjort bilproduktion til et bedre valg.
Titaniummetal har fordelene ved lav densitet, høj specifik styrke og god korrosionsbestandighed. Brugen af titaniummaterialer i biler kan reducere væggenes vægt, reducere brændstofforbruget, forbedre motorens arbejdseffektivitet, forbedre miljøet og reducere støj. Imidlertid får den høje pris, at titanlegeringer kun har nogle applikationer i luksusmodeller og sportsbiler i bilindustrien og sjældent i almindelige biler. Derfor er forskning og udvikling af billige legeringer, der imødekommer markedsbehov, nøglen til at fremme dens anvendelse i almindelige husholdningsbiler.
Aktuel anvendelse af titanlegeringer i bilindustrien
Selvom titanlegeringer er blevet vidt brugt i rumfart, petrokemiske og skibsbygningsindustrier, har deres anvendelse i bilindustrien udviklet sig langsomt. Siden den vellykkede udvikling af den første All-Titanium-bil af General Motors i USA i 1956 nåede Titanium Auto-dele ikke niveauet for masseproduktion før 1980'erne. I 1990'erne, med den stigende efterspørgsel efter luksusbiler, sportsbiler og racerbiler, har Titanium -dele udviklet sig hurtigt. I 1990 var mængden af titanium, der blev brugt i biler over hele verden, kun 50 ton, hvilket nåede 500 ton i 1997, 1100 ton i 2002, og 3000 ton i 2009. Det forventes, at mængden af titan, der bruges i biler over hele verden, vil overstige 5000 tons i 2015. På nuværende tidspunkt er følgende titaniumlegeringsdele, der ofte bruges.
1. Motorforbindelsesstang
Titaniumlegering er et ideelt valg til at forbinde stangmaterialer. Motorforbindelsesstænger lavet af titaniumlegering kan effektivt reducere motormassen, forbedre brændstofeffektiviteten og reducere udstødningsvolumen. Sammenlignet med stålforbindelsesstænger kan titanforbindelsesstænger reducere masse med 15% til 2 0%. Anvendelsen af titanlegeringsforbindelsesstænger blev først reflekteret i de nye italienske Ferrari 3.5LV8 og Acura NSX -motorer. De materialer, der bruges til titanlegering, der forbinder stænger, er hovedsageligt ti -6 al -4 V, ti -10 v -2 Fe -3 al, ti -3 al -2. 0v og Ti-4Al-4Mo-Sn-0.5Si, and other titanium alloy materials such as Ti-4Al-2Si-4Mn and Ti-7M-4Mo are also being developed for use in connecting stænger.
2. motorventiler
Bilmotorventiler lavet af titaniumlegering kan ikke kun reducere vægt og forlænge levetiden, men også reducere brændstofforbruget og forbedre bilens pålidelighed. Sammenlignet med stålventiler kan titanventiler reducere vægten med 30%til 40%, og motorgrænsehastigheden kan øges med 20%. For så vidt angår aktuelle applikationer er indsugningsventilmaterialet hovedsageligt ti -6 al -4 V, og udstødningsventilmaterialet er hovedsageligt ti -6242 s. Normalt tilsættes SN og Al sammen for at opnå lavere kløft og højere styrke; Tilsætningen af MO kan forbedre varmebehandlingsydelsen af titaniumlegering, forbedre styrken af slukket og alderen titaniumlegering og øge hårdheden. Andre titanlegeringer med udviklingspotentiale er:
1) Indsugningsventilen kan fremstilles af ti -62 s, som har de samme egenskaber som ti -6 al -4 V og er billigere.
2) Udstødningsventilen kan fremstilles af ti -6 al -2 sn -4. 0 zr -0. 4- mo -0. 45Si. På grund af det nedre MO -indhold er dets krybningsmodstand bedre end ti -6242 s, og oxidationsmodstandstemperaturen kan nå 600 grader.
3) Udstødningsventilen kan være lavet af -tie, som har egenskaberne ved høj temperaturresistens og let vægt, men den er ikke egnet til behandling ved traditionelle smedningsmetoder og er kun egnet til støbning og pulvermetallurgi.
3. Ventil Forårsæde
Høj styrke og træthedsmodstand er de egenskaber, som ventilfjedersæderne skal have. -Titaniumlegering er en varmebehandlingslig legering, der kan opnå høj styrke gennem aldring af fast opløsning. De tilsvarende mere egnede materialer er ti -15 v -3 cr -3 al -3 sn og ti -15 mo -3 al -2. 7nb -0. 2Si. Mitsubishi Motors bruger ti -22 v -4 al titaniumlegeringsventilfjeder på dets masseproducerede biler, hvilket reducerer massen med 42% sammenlignet med den originale stållås, reducerer ventilmekanismenes inertielle masse med den maksimale motorhastighed med 300r/min.
4. Titanium Alloy Spring
Titanium og dets legeringer har en lavere elastisk modul og en stor σs/E -værdi i forhold til stålmaterialer og er egnede til fremstilling af elastiske komponenter. Sammenlignet med stålbilfjedre, under forudsætning af det samme elastiske arbejde, er højden på titaniumfjedre kun 40% af stålfjedre, og massen er kun 30% til 40% af stålfjedre, hvilket er praktisk til kropsdesign. Derudover kan den fremragende træthedsydelse og korrosionsbestandighed af titaniumlegeringer øge fjedre på fjedre. På nuværende tidspunkt inkluderer titaniumlegeringsmaterialer, der kan bruges til at fremstille bilfjedre, ti -4. 5Fe6.8mo -1. 5al og ti -13 v11c -3 al.
5. Turbolader
Turboladere kan forbedre motorens forbrændingseffektivitet og forbedre motorens effekt og drejningsmoment. Turbolargerens turbinrotor skal arbejde i højtemperaturudstødningsgas over 850 grader i lang tid, så den kræver god varmemodstand. Traditionelle lysmetaller såsom aluminiumslegeringer kan ikke bruges på grund af deres lave smeltepunkt. Selvom keramiske materialer bruges i turbinrotorer på grund af deres lette vægt og god høj temperaturresistens, er deres anvendelse begrænset på grund af høje omkostninger og manglende evne til at optimere formen. For at løse disse problemer har Tetsui et al. udviklede tialturbinrotoren. Efter mange tests og verifikationer har det ikke kun god holdbarhed og effektivitet, men kan også forbedre motorens acceleration. Dette design er blevet kommercialiseret med succes i Mitsubishi Lancer Evolution Series.
6. Udstødningssystem og lyddæmper
Titanium bruges i store mængder i udstødningssystemet med biler. Udstødningssystemer lavet af titanium og dets legeringer kan ikke kun forbedre pålideligheden, udvide levetiden og forbedre udseendet, men også reducere vægt og forbedre brændstofforbrændingseffektiviteten. Sammenlignet med ståludstødningssystemer kan titanium udstødningssystemer reducere vægten med ca. 40%. I golfserien med biler kan vægten af titanium udstødningssystemer reduceres med 7 til 9 kg. På nuværende tidspunkt er den titan, der bruges i udstødningssystemer, hovedsageligt industrielt rent titanium.
Vægten af en titaniumdæmper er kun 5 til 6 kg, hvilket er lettere end lyddæmpere, såsom rustfrit stål. 2000 Chevrolet Corvette Z06 bruger en 11,8 kg titanium lyddæmper og halerørssystem til at erstatte det originale 20 kg rustfrit stålsystem, hvilket reducerer vægten med 41%. Styrken af det udskiftede system forbliver uændret, og bilen er hurtigere, mere fleksibel og brændstofeffektiv. Det titanium, der bruges i lyddæmperen, er også hovedsageligt industrielt rent titanium.
7. kropsramme del
For at forbedre bilens sikkerhed og pålidelighed er det nødvendigt at overveje design- og fremstillingsaspekterne, især fremstillingsmaterialet. Titanium er et godt materiale til at fremstille kropsrammer. Det har ikke kun høj specifik styrke, men har også god sejhed. I Japan vælger bilproducenter rene titaniummetal svejste rør for at få kropsrammer, hvilket kan få chauffører til at føle sig trygge nok, når de kører.
8. Andre titanlegeringsdele
Ud over ovenstående dele bruges også titanium i motorens rockerarme, ophængsfjedre, motorstempelstifter, bilfastgørelsesmidler, lugmøtrikker, bildørfremspringstråler, bilstopbeslag, bremsekaliperstemplet, stiftbolte, trykplader, skifteknapper og bilkobler og andre bildele.
Anvendelse af titanlegeringer
1. Fordele
Titaniumlegeringer har fordelene ved letvægt, høj specifik styrke og god korrosionsbestandighed, så de er vidt brugt i bilindustrien. Den mest anvendte Titanium -legering er bilmotorsystemet. Der er mange fordele ved at bruge titanlegeringer til at fremstille motordele, hovedsageligt manifesteret i:
1) Den lave tæthed af titanlegeringer kan reducere den inertielle masse af bevægelige dele. På samme tid kan Titanium Valve Springs øge den fri vibration, reducere vibrationen af bilkroppen og øge motorhastigheden og udgangseffekten.
2) Reducer den inertielle masse af bevægelige dele, hvilket reducerer friktionen og forbedrer motorens brændstofeffektivitet.
3) Valget af titanlegering kan reducere belastningsspændingen for relaterede dele og reducere størrelsen på dele og derved reducere motorens vægt og hele køretøjet.
4) Reduktionen af den inertielle masse af dele reducerer vibrationer og støj og forbedrer motorens ydelse.
Anvendelsen af titaniumlegering i andre dele kan forbedre personalets komfort og bilens skønhed. I anvendelsen af bilindustrien spiller Titanium -legering en umådelig rolle i energibesparelse og reduktion af forbrug.
2. Ansøgningsbegrænsninger
Selvom Titanium -legeringsdele har så overlegen ydeevne, er der stadig en lang vej at gå, før Titanium og dens legeringer er vidt brugt i bilindustrien. Årsagerne inkluderer dyre priser, dårlig formbarhed og dårlig svejsning.
Med udviklingen af titanlegering næsten nettoteknologi og moderne svejseteknologier såsom elektronstråle svejsning, plasma-lysbuesvejsning og laser svejsning i de senere år er dannelses- og svejseproblemerne for titanlegeringer ikke længere de vigtigste faktorer, der begrænser anvendelsen af titanlegeringer. Hovedårsagen til at hindre den udbredte anvendelse af titanlegeringer i bilindustrien er stadig de høje omkostninger.
Uanset om det er den indledende smeltning af metallet eller den efterfølgende behandling, er prisen på titanlegeringer meget højere end for andre metaller. De acceptable omkostninger ved titaniumdele til bilindustrien er 8 til 13 amerikanske dollars/kg til titanium, der forbinder stænger, 13 til 20 amerikanske dollars/kg for titanventiler og mindre end 8 amerikanske dollars/kg for titaniumfjedre, motorudstødningssystemer og fastgørelsesmidler. Omkostningerne ved dele produceret med titaniummaterialer er imidlertid meget højere end disse priser. Produktionsomkostningerne for titaniumplader er for det meste højere end 33 amerikanske dollars/kg, hvilket er 6 til 15 gange aluminiumsplader og 45 til 83 gange stålplader.
Aktuel status for forskning på titanlegeringer til biler
På nuværende tidspunkt er reduktion af omkostningerne den vigtigste forskningsretning for titanlegeringer for bilindustrien. I betragtning af egenskaberne ved omkostningsfordelingen af titanlegeringer for bilindustrien opnår materielle forsknings- og udviklingsarbejdere hovedsageligt formålet med at reducere omkostningerne fra følgende to aspekter: udvikling af nye billige legeringssystemer og ved hjælp af nye behandlings- og forberedelsesteknologier.
1. Nyt billigt titanlegeringssystem
Arbejdstagere fra forskellige lande har udviklet nye billige titanlegeringssystemer, der hovedsageligt fokuserer på følgende aspekter: legeringsdesign ved hjælp af billige legeringselementer og legeringsdesign for at forbedre behandlingsegenskaber. Blandt dem er Japan og De Forenede Stater repræsentanter, og mit land har også med succes udviklet to billige titanlegeringer, nemlig TI8LC og TI12LC. I designet af lave omkostninger titaniumlegeringskomponenter til biler er de almindeligt anvendte billige legeringselementer Fe, CR, SI, AL osv.
2. Ny behandlings- og forberedelsesteknologi
Behandlingsomkostningerne for titaniumlegeringsmaterialer tegner sig for mere end 60% af de samlede omkostninger under produktionsprocessen. Med hensyn til at reducere omkostningerne er hvordan man reducerer behandlingsomkostningerne for titanlegeringer blevet en vigtig forskningsretning. Forskningen på dette område er hovedsageligt opdelt i to aspekter: den ene er at forbedre den traditionelle støbnings- og smedningsproces, og den anden er at bruge pulvermetallurgi nær nettoteknologi.
I forskningen og udviklingen af nye smedningsprocesser er koldsmedning i øjeblikket en af de mest lovende metoder for titaniumlegeringer til fremstilling af bildele. -Titaniumlegering har lav deformationsmodstand ved stuetemperatur og god skærebehandling og -formning. Det er et materiale, der kan blive koldt smedet. På nuværende tidspunkt har Japan udviklet tre kolddeformerede -titaniumlegeringer. -Titaniumlegering har også nogle mangler. Det er let at fremstille ujævn deformation under kold smedning og er let at klæbe til formen. Derfor kræver masseproduktionen af -titaniumlegeringsdele ved hjælp af kold smedningsteknologi yderligere efterforskning og udvikling.
Med hensyn til at reducere behandlingsomkostningerne for titanlegeringer er pulvermetallurgi en meget vigtig teknologi. I fremstillingen af pulvermetallurgi-bildele er den traditionelle pressemetode stadig dominerende, hovedsageligt inklusive elementpulvermetoden (BE) og den forudlegerede pulvermetode (PA). På nuværende tidspunkt er elementpulvermetoden den mest anvendte inden for bilens biler-titanlegeringspulvermetallurgi på grund af dets enkle proces og lavere omkostninger. I de senere år har andre pulvermetallurgiskeknologier også opstået, herunder laserdannende teknologi, støbning af metalpulverinjektion (MIM) og andre teknologier, som er blevet brugt i vid udstrækning i forsøgsproduktionen og produktionen af komplekse bildele, hvilket i høj grad kan forkorte produktudviklingen og produktionscyklussen og yderligere reducere omkostningerne.
Konklusion
Den nye generation af bildesign lægger mere vægt på den lette krop, lavt brændstofforbrug, lav støj og lysvibration af motoren for at imødekomme de stadig strengere miljøbehov. I denne sammenhæng vil let metal titanium blive et vigtigt applikationsmateriale til fremtidige biler.
Under hensyntagen til den aktuelle status for lavprisen titaniumlegeringsforskning for biler kan det konstateres, at for at reducere omkostningerne ved titaniumlegering til biler yderligere skal være fokuseret på:
1) I udviklingen af billige legeringssystemer skal du prøve at udvikle legeringssystemer, der ikke bruger eller bruger billigere legeringselementer uden at påvirke ydeevnen og på samme tid udvikle og bruge genanvendte titanlegeringer.
2) I udviklingen af støbning og smedningsprocesser skal du udvikle sig i retning af at udvikle -titaniumlegeringer og kolddeformede titanlegeringer og gennemføre gennemførlighedsundersøgelser af deres masseproduktion.
3) I pulvermetallurgi, mens det sikrer den lave omkostningsfordel, er det nødvendigt at forbedre ydelsen af titaniumdele yderligere.
Med udviklingen af økonomien og reduktionen af titanomkostninger vil flere tekniske designere vælge titaniumdele som bildele. Titaniumlegeringer vil til sidst indtage en vigtig position i produktionen af bilindustrien.
